Г. Кристиан - Аналитическая химия, том 2 (Г. Кристиан - Аналитическая химия)

ЛУЧШИЙ ЗАРУБЕЖНЫЙ УЧЕБНИК Г. КРИСТИАН АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ В двух томах Перевод с английского канд. хим. наук А. В. Гармаша, канд. хим, наук Е. Э. Григорьевой, канд. хим. наук А. В. Иванова, канд. хим. наук Т. П. Мосоловой, канд. хим. наук Г В. Прохоровой Москва БИНОМ. Лаборатория знаний 2009 УДК 543 ББК 24.5я73 К82 Кристиан Г. К82 Аналитическая химия: н 2 томах. / Г. Кристиан; пер. с англ. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. — (Лучший зарубежный учебник) . 18В)г( 978-5-94774-389-0 (БИНОМ. ЛЗ) 18В1« 0-471-21472-8 (англ.) Т.

2. — 504с.: ил. 18ВХ 978-5-94774-391-3 В учебном издании, написанном американским ученым и талантливым преподавателем, методяческн выдержанно изложен университетский учебный курс по аналитической химии, причем рассмотрены новейшие методы анализа, а также анализ важнейших для современной аналитической практики сбьектов (клвннческий и экологический анализ). В заключительном разделе приведено 40 лабораторных работ. В русском издании выходит в двух томах. В т. 2 вошли гл. 16-26, практические работы, приложения, ответы к задачам и предметный указатель. Для студентов вузов, изучающих аналитическую химию, аспирантов и преподавателей. УДХ 543 ББХ 24.5я73 Учебное издание Серия: «Лучший зарубежный учебник» Кристиан Гэри АНАЛИТИх1ЕСКАЯ ХИМИЯ В двух томах Том 2 Ведущий редактор канд. хим.

наук Т. Н. Ночкаееа Редактор канц, хим. наук Д. К. Новикова Художник С. Инфанглэ, Н. А. Новак. Художественный редактор О. Г. Лапка Компьютерная верстка; Л. В. Катуркина Подписано н печать 01.12.08. Формат 70 х 100,116. Уел. печ. л. 40,95. Тираж 1700 экз. Заказ 3772. Издательство «ВИНОМ. Лаборатория знаний» 125167, Москва, проезд Аэропорта, д.

3 Телефон: (499) 157-5272, е-гоа!Ь Ыпош(ВЬЬз.ги, Ьтср О»«т«»«.ЬЬз.го 18В1ь! 978-5-94774-391-3 (Т. 2) 18В1ь! 978-5-94774-389-0 (БИНОМ. ЛЗ) 18В1ь! 0-471-21472-8 (англ.) СоруггйЬ« © 2004 доЬп ЪЧ!1еу й 8опэ, 1пс. Ай г!8Ь«е гееег«ей. Апиюпзед Тгап»1а«!оп 1гош ГЬе Епяй»Ь 1апйоайе ед!Г!оп рпЬйеЬед Ьу доЬп Ж!!еу й 8опе, 1пс.

© Перевод, оформление, ВИНОМ, Лаборатория знаний, 2008 Первый тираж издания осуществлен при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту № 06-03-46018 Глава 16 МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ Я не могу быль равнодушным к цвету. Я радуюсь ярким цветам и искренне огорчаюсь блекло-коричневым.

Уинстон Черчиль Методы молекулярной спектрометрии, особенно в видимой области, — одни из наиболее широко применяемых методов анализа. Они используются, в частности, в клинических лабораториях и в лабораториях, где изучают окружающую среду. Оборудование для этих методов доступно, и обычно с ним достаточно просто работать. В этой главе мы, во-первых, рассмотрим процесс поглощения излучения молекулами и его взаимосвязь со строением молекул; во-вторых, приведем количественные соотношения, связывающие количество поглощенного излучения с концентрацией поглощающего аналита (определяемого соединения); и, в-третьих, ознакомимся с оборудованием, необходимым для проведения анализа.

Измерения можно проводить в инфракрасной (ИК), видимой и ультрафиолетовой (УФ) областях электромагнитного спектра. Выбор рабочего диапазона определяется доступностью приборов, наличием или отсутствием у анализируемого вещества окраски (или возможностью превращения его в окрашенное производное), присутствием функциональных групп, которые поглощают в УФ- или ИК-областях, и других поглощающих примесей. ИК-спектрометрия меньше подходит для количественного анализа, но более информативна для качественного (область «отпечатков пальцев») по сравнению со спектрометрией в УФ- и видимой областях.

Спектрометры для видимой области обычно дешевле и проще, чем приборы для УФ-области. Мы ознакомимся также с родственным методом — флуориметрией, в котором количество света, испущенного в результате возбуждения, связано с концентрацией. Это чрезвычайно чувствительный аналитический метод. 16Л. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом В спектрометрических методах образец раствора поглощает электромагнитное излучение от подходящего источника, причем количество поглощенного излучения зависит от концентрации исследуемого соединения в растворе. Голубой цвет раствора, содержащего ионы меди, обусловлен поглощением излучения дополнительного (желтого) цвета из белого света и пропусканием излучения голу- 16.1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ Длина волны е к Ю ю е с о пения РИС.

16.1. Распространение волны электромагнитного излучения ]зир:озс[епсе.сэцз1ап.ег[ц!Ш1ог]а!/со]ог!]пг[ех.[Шп, где также описаны основные цвета и их взаимодействие [сложение и вычитание). Соотношение между длиной волны и частотой описывается формулой Л=— ч [16. 1) где Л вЂ” длина волны в сантиметрах [см)', ч — частота в обратных секундах [с-') или герцах (Гц), с — скорость света [3 10'о см/с). Волновое число обозначается ч и измеряется в см '. 1 у Л с [16.2) Длины волн электромагнитного излучения охватывают диапазон от нескольких ангстрем до нескольких метров; для них используются следующие единицы из- мерения: Длины волн ультрафиолетового и видимого излучения измеряются в нанометрах, а инфракрасного излучения — в микрометрах".

В инфракрасной области спектра часто вместо длин волн используют волновые числа. Величины длин волн УФ- и видимого излучения составляют порядка нанометров; для ИК-нзлу- Точнее, единицы измерения должны быть следующими: см иа 1 цикл [для длины волны) л число циклов в секунду [для частоты), но обычно зто просто подразумевается. Вместо [цикл/с] в настоящее время исполь- зуют герц [Гц]. Прн обозначении размерности величин вместо мллллмвкролов [ммк] предпочтительнее использовать ла- лометры [нм], аналогична в ИК-областл термин «микрометр» [мкм] предпочтительнее, чем микрон [ц].

ГЛАВА 1б. МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СПЕК)РОМЕТРИИ чения — порядка микрометров, но обычно используют обратные величины (волновые числа, см '). 10пределения ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областей спектра приведены ниже.) Электромагнитное излучение обладает определенной энергией. Энергия кванта излучения, называемого фотоном, связана с частотой или длиной волны следующим уравнением: Е=ЬУ=— о гас ) 116.3) ИК-область Ультрафиолет 10 нм 100 нм !о' !о' 3 10н 3 10" 000 нм (мкм) 10 мкм ьок 3 10" 3 1О" 100 1000 !ОО 1О 3. 10" 3 !он в (см ') т (Гц) РИС.

16.2. Спектр электромагнитного излучения где Š— энергия фотона в эргах, Ь вЂ” постоянная Планка, равная 6,62 . 10-14 Дж с = = 6,62 1О ы Эрг с. Очевидно, что чем меньше длина волны или больше частота, тем выше энергия. Вот почему УФ-излучение солнца обжигает нас! Следует отметить, что рождение квантовой теории было связано с попытками обьяснить электронное строение атомов и свойства света. К концу Х1Х в. стало очевидно, что классические законы физики (т. е. классическая механика, созданная Исааком Ньютоном в Х'Ч11 в.) не применимы для описания электронного строения. Новая теория, развитая в начале ХХ в., а именно квантовая механика, стала научным достижением, изменившим взгляд ученых на атом.

Как уже было отмечено, электромагнитный спектр можно разбить на области в соответствии с длиной волны излучения. Эти области показаны на рис. 16.2. В этой главе мы не будем рассматривать Т-излучение и рентгеновское излучение, хотя эти высокоэнергетические виды излучения, в принципе, можно использовать так же, как и излучение с более низкой энергией. Улынрафиолетовая область охватывает диапазон длин волн от 10 до 380 нм, но для аналитических целей наибольшее значение имеет интервал от 200 до 380 нм, называемый ближней ультрафиолетовой областью (или областью кварцевого ультрафиолета). Излучение с длиной волны менее 200 нм заметно поглощается воздухом, поэтому приходится работать в вакууме; отсюда произошло название область 16.1.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ вакуумного ультрафиолета. Область видимого излучения представляет собой лишь малую часть электромагнитного спектра. Излучение с этими длинами волн воспринимается глазом человека как цвет. Видимая область охватывает диапазон от ближней УФ-области (380 нм) до -780 нм. Область инфракрасного (ИК) излучения простирается от -0,78 мкм (780 нм) до 300 мкм, но для аналитических целей чаще всего используется диапазон от 2,5 до 15 мкм, что соответствует волновым числам от 4000 до 667 см '. Диапазон от 0,8 до 2,5 мкм называется ближней инфракрасной областью, диапазон от 2,5 до 16 мкм— средней ИК-областью (областью )ЧаС1), а более длинным волнам соответствует дальняя ИК-область.